Белки в питании

Среди многочисленных пищевых веществ белкам принадлежит наиболее важная роль. Они являются источниками незаменимых аминокислот и так называемого неспецифического азота, необходимых для синтеза белков человеческого организма. Выраженная недостаточность белков в питании приводит к тяжелым нарушениям функции организма (см.

Алиментарная дистрофия). От уровня снабжения белками в большой степени зависит состояние здоровья, физического развития и- работоспособности человека, а у детей раннего возраста в определенной мере и умственное развитие. Если учесть все производимые для питания растительные и животные белки, то в среднем на каждого жителя Земли придется около 58 г в день.

В действительности более половины населения, особенно развивающихся стран, не получает этого количества белка. Глобальный дефицит пищевого белка должен быть отнесен к числу наиболее острых экономических и социальных проблем современности (см. Кризис белковый). В связи с этим установление оптимальных уровней содержания белка в пищевых рационах приобретает первостепенную важность.

R=1,1(Ub Fb S G), где R — потребность в белковом азоте; Ub — выделение азота с мочой; Fb — выделение азота с калом; S — потеря азота за счет десквамации эпидермиса, роста волос, ногтей, выделения азота с потом при неинтенсивном потении; G — удержание азота в процессе роста (расчет ведется на 1 кг массы в день).

Коэффициент 1,1 отражает добавочные траты белков (в среднем 10%), возникающие в результате стрессовых реакций и неблагоприятных воздействий на организм. Границы индивидуальных вариаций потребностей в белках принимаются равными ±20%. Официальные рекомендации экспертной группы ФАО/ВОЗ отражены в табл. 3.

Таблица 3. СРЕДНЕСУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В БЕЛКАХ (при условии его полного усвоения)*

Возраст (в годах)

Потребность (в г на 1 кг массы тела в день)

средняя

-20%

20%

Дети

1-3

0,88

0,70

1,06

4-6

0,81

0,65

0,97

7-9

0,77

0,62

0,92

10-12

0,72

0,58

0,86

Подростки

13-15

0,70

0,56

0,84

16-19

0,64

0,51

0,77

Взрослые

0,59

0,47

0,71

  • Величина потребности в азоте умножена на коэффициент 6,25.

Очевидно, что приведенные величины но соответствуют оптимальному снабжению человека белками и должны быть отнесены к минимальному уровню их содержания в рационе, при несоблюдении которого неизбежно сравнительно быстрое развитие серьезных последствий белковой недостаточности. Фактическое потребление белков в большинстве экономически развитых стран в 1,5 и даже 2 раза выше приведенных цифр.

В СССР величины потребностей населения в белках зафиксированы в официально утверждаемых Министерством здравоохранения физиологических нормах питания, которые периодически пересматриваются и уточняются. Физиологические нормы питании являются средними ориентировочными величинами, отражающими оптимальные потребности отдельных групп населения в основных пищевых веществах и энергии (табл. 4).

Таблица 4. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ СУТОЧНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ БЕЛКА, гр. (в соответствии с рекомендациями М3 СССР, 1968 г.)

Детскоенаселение

возраст

потреблениебелков

всего

животных

0
3 мес.

10,5

10,5

46
мес.

17,2

17,2

612
мес.

29,5

29,5

1
1,5 года

АН

36

1,52
года

53

40

34
года

63

44

56
лет

72

47

7-10 лет

80

48

11
13 лет

96

58

14- 17 лет (юноши)

106

64

14
17 лет (девушки)

03

56

Взрослоенаселение

группы по характеру труда

возраст

(вгодах

)

мужчины

женщины

потребление

белков

потреблениебелков

всего

живот

ных

всего

живот

ных

Труд,
несвязанныйсфизическиминапряжениями

1840

96

58

82

49

40 00

89

53

75

45

Механизированныйтрудисфераобслуживаниясневысокойфизическойнагрузкой

18—4 0

99

54

84

46

40
60

92

50

77

43

Механизированныйтрудисфераобслуживаниясозначительнойнагрузкой

18
40

102

56

86

47

40- 00

03

5 1

79

44

Механизированныйтрудсбольшойфиз.
нагрузкой

18- 40

108

54

92

46

40 во

100

50

85

48

Пенсионный возраст

6070

АО

48

71

4 Л

Свыше

70

75

45

68

41

Студенты

18 — 25

111

68

96

58

Беременные 5 -9 мес.

109

65

Кормящие

120

72

В них предусматриваются дифференциация потребностей в белках, в зависимости от пола, возраста, характера труда и т. д. Рекомендуемые величины рассчитаны на основании изучения особенностей белкового обмена и азотистого баланса у соответствующих групп населения, причем они значительно выше минимальных потребностей в белках, необходимых для поддержания азотистого равновесия.

Избыток белков необходим дли обеспечения дополнительных трат организма, связанных с физическими и нервными нагрузками, неблагоприятными воздействиями внешней среды, а также для поддержания оптимального иммунологического статуса. Специально выделены в нормах величины потребления наиболее ценных белков животного происхождения.

Физиологические нормы питания являются основой планирования производства тех или иных пищевых продуктов. При оценке полезности отдельных белковых продуктов учитывается их аминокислотный состав, степень перевариваемости ферментами пищеварительного тракта и интегральные показатели усвояемости, установленные в результате биологических экспериментов.

На практике с определенной степенью условности белковые продукты делят на две группы. К первой относят продукты животного происхождения: молоко, мясо, яйца, рыбу, белки которых легко и полностью усваиваются организмом человека; ко второй — большинство продуктов растительного происхождения, в частности пшеницу, рис, кукурузу и другие злаковые, белки которых усваиваются организмом не полностью.

Условность подобного деления подчеркивается высокой биологической ценностью ряда белков растительного происхождения (картофеля, гречихи, сои, подсолнечника) и низкой биологической ценностью белков некоторых животных продуктов (желатины, кожи, сухожилий и др.). Причины низкой усвояемости фибриллярных белков (кератина, эластина и коллагенов) заключаются в особенностях их третичной структуры и трудности переваривания ферментами пищеварительного тракта.

Полнота использования отдельных белков человеком или их биологическая ценность и первую очередь определяются степенью соответствия их аминокислотного состава дифферинцированным потребностям организма и в какой-то степени аминокислотному составу тела. Огромное разнообразие встречающихся в природе белков в основном построено из 20 аминокислот, 8 из них (триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин и фенилаланин) незаменимы для человека, так как не могут быть синтезированы в тканях организма (см.

Аминокислоты). Дли маленьких детей девятой незаменимой аминокислотой является гистидин. Остальные аминокислоты относятся к числу заменимых и могут расцениваться в питании главным образом как поставщики неспецифического азота. Установлено, что лучшее усвоение белков пищи достигается при сбалансировании ее аминокислотного состава с «идеальными» аминокислотными шкалами.

В качестве подобной шкалы в 1957 году была предложена так называемая предварительная аминокислотная шкала ФАО. Позднее было доказано, что содержание в ней ряда аминокислот, особенно триптофана и метионина, определено не вполне точно. В соответствии с результатами биологических исследований в качестве оптимальных в последние годы рекомендованы шкалы аминокислотного состава белков куриных яиц и женского молока.

Для определения соответствия аминокислотного состава белков потребностям человека предложен ряд индексов, каждый из которых имеет лишь ограниченную ценность. В их числе следует упомянуть индекс Н/О, отражающий отношение суммы незаменимых аминокислот (Н в мг) к общему содержанию азота белков (О в г), который помогает определению соотношении азота незаменимых, или эссенциальных, аминокислот и неспецифического азота.

Чем ниже величина Н/О тем выше содержание неспецифического азота. Для белков молока и яиц этот индекс сравнительно высок — 3,1—3,25, для мяса — 2,79—2,94; для пшеницы — 2. Большое значение придается показателю аминокислотного скора, позволяющему получить более полное суждение о биологической ценности белка на основании его хим. состава.

Метод скора основан на подсчете в исследуемом продукте процента обеспечения каждой из незаменимых аминокислот по сравнению с идеальными аминокислотными шкалами.

С этой целью для каждой из эссенциальных аминокислот исследуемого белка рассчитывается величина Iиссл, равная Аиссл/Ниссл, отражающая отношение каждой незаменимой аминокислоты (А в мг) к сумме незаменимых аминокислот (Н в г); полученная цифра сопоставляется с величиной Iст, равной Аст/Нст для той же аминокислоты, рассчитанной по стандартной шкале.

В результате деления величин Iиссл на Iст и умножения на 100 получают показатель аминокислотного скора для каждой из незаменимых аминокислот. Лимитирующей биологическую ценность исследуемого белка является аминокислота, показатель аминокислотного скора для которой является наименьшим. В качестве стандартных шкал наряду с предварительной шкалой ФАО используют аминокислотные шкалы куриных яиц и женского молока (табл. 5).

Таблица 5. СТАНДАРТНЫЕ АМИНОКИСЛОТНЫЕ ШКАЛЫ

Аминокислоты

Содержаниеаминокислот
(вгна
100 гбелка)

Отношениенезаменимойаминокислотывмгк
1 гсуммынезаменимыхаминокислот
(А/Н)

рекомендацииФАОдлячеловека

женское

молоко

куриные

яйца

рекомендацииФАОдлячеловека

женское

молоко

куриные

яйца

Изолейцин

4,2

6,4

6,6

134

132

129

Лейцин

4,8

8,9

8,8

152

184

172

Лизин

4,2

6,3

6.4

134

128

125

Суммаароматическихаминокислот:

5,6

10,1

10,0

178

226

195

фенилаланин

2,8

4,6

5,8

89

114

114

тирозин

2,8

5,5

4,2

89

112

81

Суммасеросодержащихаминокислот:

4,2

4,3

5,5

133

87

107

цистин

2,0

2,1

2,4

62

43

46

метионин

2,2

2,2

3,1

71

44

61

Треонин

2,8

4,6

5,1

89

99

99

Триптофан

1,4

1,6

1,6

45

34

31

Валин

4,2

6,6

7,3

134

147

141

Сумманезаменимыхаминокислот

31,4

48,8

51,3

Виды структур белка

Всего их выделяют четыре. Рассмотрим, что собой представляет каждая из них.

  1. Первичная. Представляет собой обычную линейную последовательность аминокислот, соединенных пептидными связями. Никаких пространственных закручиваний, спирализации нет. Количество входящих в полипептид звеньев может доходить до нескольких тысяч. Виды белков с подобной структурой – глицилаланин, инсулин, гистоны, эластин и другие.
  2. Вторичная. Представляет собой две полипептидные цепи, которые скручиваются в виде спирали и ориентируются по направлению друг к другу образованными витками. При этом между ними возникают водородные связи, удерживающие их вместе. Так формируется единая белковая молекула. Виды белков такого типа следующие: лизоцим, пепсин и другие.
  3. Третичная конформация. Представляет собой плотно упакованную и компактно собранную в клубок вторичную структуру. Здесь появляются другие типы взаимодействия, помимо водородных связей – это и ван-дер-ваальсово взаимодействие и силы электростатического притяжения, гидрофильно-гидрофобный контакт. Примеры структур – альбумин, фиброин, белок шелка и прочие.
  4. Четвертичная. Самая сложная структура, представляющая собой несколько полипептидных цепей, скрученных в спираль, свернутых в клубок и объединенных все вместе в глобулу. Такие примеры, как инсулин, ферритин, гемоглобин, коллаген, иллюстрируют собой как раз такую конформацию белков.

Если рассматривать все приведенные структуры молекул детально с химической точки зрения, то анализ займет много времени. Ведь на самом деле чем выше конфигурация, тем сложнее и запутаннее ее строение, тем больше типов взаимодействий наблюдается в молекуле.

Их, конечно же, огромное разнообразие. Если же попытаться как-то разделить все существующие протеины на группы, то может получиться примерно такая классификация.

  1. Глобулярные белки. Это такие, которые представлены третичной структурой, то есть плотно упакованной глобулой. Примеры таких структур следующие: иммуноглобулины, значительная часть ферментов, многие гормоны.
  2. Фибриллярные белки. Представляют собой строго упорядоченные нити, имеющие правильную пространственную симметрию. К данной группе относятся протеины с первичной и вторичной структурой. Например, кератин, коллаген, тропомиозин, фибриноген.
    белок в чистом виде

Вообще, можно взять за основу множество признаков для классификации белков, находящихся в организме. Единой пока не существует.